表面工程學(xué)第二次課

1、121.4 表面擴(kuò)散表面擴(kuò)散1.5 表面能及表面張力表面能及表面張力1.6 固體表面的物理吸附和化學(xué)吸附固體表面的物理吸附和化學(xué)吸附1.7 固體表面的潤(rùn)濕固體表面的潤(rùn)濕第一節(jié)第一節(jié) 固體的表面與界面固體的表面與界面31.4：表面擴(kuò)散：表面擴(kuò)散擴(kuò)散擴(kuò)散擴(kuò)擴(kuò)散散激激活活能能。幾幾何何因因素素決決定定的的常常數(shù)數(shù)擴(kuò)擴(kuò)散散系系數(shù)數(shù)；擴(kuò)擴(kuò)散散時(shí)時(shí)間間；QRTQDDCDtDtcX)52(exp)42(0_4擴(kuò)散途徑擴(kuò)散途徑體體擴(kuò)散擴(kuò)散表面擴(kuò)散表面擴(kuò)散晶界擴(kuò)散晶界擴(kuò)散位錯(cuò)擴(kuò)散位錯(cuò)擴(kuò)散51.5：表面能及表面張力：表面能及表面張力一、表面能一、表面能常用表面自由能來(lái)描述材料表面能量的變化常用表面自由能來(lái)描述材料

2、表面能量的變化6表示產(chǎn)生單位面積新表面使體系自由能的增加。表示產(chǎn)生單位面積新表面使體系自由能的增加。若不考慮重力，一定體積的液體平衡時(shí)總?cè)A若不考慮重力，一定體積的液體平衡時(shí)總?cè)A球狀，因?yàn)檫@樣表面積最小，表面能最低。球狀，因?yàn)檫@樣表面積最小，表面能最低。固體的外表面總是由若干種原子排列不同的晶固體的外表面總是由若干種原子排列不同的晶面組成的，一定體積的固體必然要構(gòu)成總的表面組成的，一定體積的固體必然要構(gòu)成總的表面自由能最低的形狀。面自由能最低的形狀。表面自由能表面自由能 產(chǎn)生產(chǎn)生1cm1cm2 2新表面需消耗的新表面需消耗的等溫可逆功等溫可逆功 7二、表面張力二、表面張力液體表面張力：液體表

3、面張力：反抗表面擴(kuò)大的收縮力，是單位長(zhǎng)度反抗表面擴(kuò)大的收縮力，是單位長(zhǎng)度上的作用力，單位為上的作用力，單位為N/m8三、表面能與表面張力的關(guān)系三、表面能與表面張力的關(guān)系 如果要把液體內(nèi)部的原子或分子移動(dòng)到液體表面，增大液如果要把液體內(nèi)部的原子或分子移動(dòng)到液體表面，增大液體的表面積，則必須對(duì)液體做功來(lái)克服指向液體內(nèi)部的合力。體的表面積，則必須對(duì)液體做功來(lái)克服指向液體內(nèi)部的合力。根據(jù)熱力學(xué)第二定律，在等溫等壓可逆過(guò)程中，外界對(duì)體系所根據(jù)熱力學(xué)第二定律，在等溫等壓可逆過(guò)程中，外界對(duì)體系所做的最大非體積功做的最大非體積功W可等于體系自由能的增加等于體系自由能的增加G ，即：，即：外界對(duì)液體體系做功示意

4、圖外界對(duì)液體體系做功示意圖 G= W可 W可 = f x W可 = 2 lx = S 即G = S dG = dS Sxfl C D AB9G表 = S = G表/S 一個(gè)液體體系表面自由能在數(shù)值一個(gè)液體體系表面自由能在數(shù)值上等于表面張力和表面積的乘積上等于表面張力和表面積的乘積 表面張力是單位表面積的表面自表面張力是單位表面積的表面自由能。所以液體的表面張力又被由能。所以液體的表面張力又被稱(chēng)為比表面自由能稱(chēng)為比表面自由能 一個(gè)液體體系在等溫等壓可逆條件下發(fā)生變化時(shí)，體系的表面一個(gè)液體體系在等溫等壓可逆條件下發(fā)生變化時(shí)，體系的表面積和表面張力都可能發(fā)生變化。根據(jù)熱力學(xué)自由能最小原理，一個(gè)積和表

5、面張力都可能發(fā)生變化。根據(jù)熱力學(xué)自由能最小原理，一個(gè)過(guò)程是否能夠自發(fā)進(jìn)行，取決于體系表面自由能的變化。即：過(guò)程是否能夠自發(fā)進(jìn)行，取決于體系表面自由能的變化。即： dG表 = dS + S d 由于液體具有很好的流動(dòng)性，所以液體形狀的改變不需要額由于液體具有很好的流動(dòng)性，所以液體形狀的改變不需要額外提供能量，因此可以認(rèn)為這種體系自由能的增加主要是由于體外提供能量，因此可以認(rèn)為這種體系自由能的增加主要是由于體系表面積增大而產(chǎn)生的，所以也可稱(chēng)之為表面自由能系表面積增大而產(chǎn)生的，所以也可稱(chēng)之為表面自由能G表表。即：。即： 10（1） 當(dāng)當(dāng) 一定時(shí)，一定時(shí)，d = 0，則，則 dG= dS。 若要若要d

6、G0，則必須，則必須dS0。所以。所以縮小表面積縮小表面積的過(guò)程是的過(guò)程是自發(fā)過(guò)自發(fā)過(guò)程程。如雨滴和露珠總是呈球形；結(jié)晶時(shí)，固相中的小晶粒合并。如雨滴和露珠總是呈球形；結(jié)晶時(shí)，固相中的小晶粒合并長(zhǎng)大成大晶粒等。長(zhǎng)大成大晶粒等。（2）當(dāng)）當(dāng)S一定時(shí)，一定時(shí)，dS= 0，則，則 dG= S d 。 若要若要dG0，則必須，則必須d S-L時(shí)，時(shí)，cos為正值，為正值，90，潤(rùn)濕潤(rùn)濕狀態(tài)；狀態(tài)；（2） 當(dāng)當(dāng)S-G90，不潤(rùn)濕不潤(rùn)濕狀態(tài)狀態(tài);LGLSSGcosSGLSLGLiquid dropletSolid surface22二、鋪展系數(shù)二、鋪展系數(shù)S SWaWaWcWc = = A A+ + B

7、B ABAB 2 2 B B A A B B ABABWa 粘附功；粘附功；Wc 內(nèi)聚功；內(nèi)聚功；S鋪展系數(shù)鋪展系數(shù)S0S0時(shí)時(shí)，B B在在A A表面上會(huì)表面上會(huì)自動(dòng)鋪展自動(dòng)鋪展開(kāi)，開(kāi)，S S值越大，鋪展越容易。值越大，鋪展越容易。S0S0S0是鋪展的基本條件，這時(shí)是鋪展的基本條件，這時(shí) A A B B ABAB00 對(duì)液相在固相表面的鋪展：對(duì)液相在固相表面的鋪展： A A s-gs-g， B B l-gl-g， ABAB= = l-sl-s，所以所以 s-gs-g l-sl-s l-gl-g 00，所以，所以 s-gs-g l-sl-s l-gl-g。這時(shí)潤(rùn)濕角方。這時(shí)潤(rùn)濕角方法已經(jīng)不能再適

8、用。鋪展是潤(rùn)濕的最高標(biāo)準(zhǔn)。法已經(jīng)不能再適用。鋪展是潤(rùn)濕的最高標(biāo)準(zhǔn)。 23三、潤(rùn)濕理論的應(yīng)用三、潤(rùn)濕理論的應(yīng)用a.a.通過(guò)改變通過(guò)改變 來(lái)調(diào)整來(lái)調(diào)整 ，加入表面活性物質(zhì)來(lái)減，加入表面活性物質(zhì)來(lái)減 小小 ，使?jié)櫇癯潭仍龃?；或加入表面惰性物質(zhì)來(lái)增大使?jié)櫇癯潭仍龃?；或加入表面惰性物質(zhì)來(lái)增大 ，使，使?jié)櫇癯潭冉档?。?rùn)濕程度降低。b.b.改變鋪展系數(shù)來(lái)增加潤(rùn)濕性，如增加粗糙度或增加中改變鋪展系數(shù)來(lái)增加潤(rùn)濕性，如增加粗糙度或增加中間過(guò)渡層（自熔合金）間過(guò)渡層（自熔合金）c.c.不粘鍋，在最表面上涂覆一層憎水性的高分子材料，不粘鍋，在最表面上涂覆一層憎水性的高分子材料，如聚四氟乙烯等。如聚四氟乙烯等。LGLS

9、SGcos2425引引言言機(jī)械零部件的失效機(jī)械零部件的失效磨損磨損 腐蝕腐蝕 粘著磨損粘著磨損 磨粒磨損磨粒磨損 腐蝕磨損腐蝕磨損 氣蝕磨損氣蝕磨損 化學(xué)腐蝕化學(xué)腐蝕 電化學(xué)腐蝕電化學(xué)腐蝕高溫氧化腐蝕高溫氧化腐蝕工程材料的表面失效方式工程材料的表面失效方式斷裂斷裂26磨損不像力學(xué)性能那樣屬于材料的固有特性，它磨損不像力學(xué)性能那樣屬于材料的固有特性，它受到摩擦學(xué)系統(tǒng)中接觸條件、工況、環(huán)境、介質(zhì)受到摩擦學(xué)系統(tǒng)中接觸條件、工況、環(huán)境、介質(zhì)等多方面因素的影響，是一系統(tǒng)性質(zhì)。等多方面因素的影響，是一系統(tǒng)性質(zhì)。材料的磨損始于表面，材料表面性能是決定材料材料的磨損始于表面，材料表面性能是決定材料耐磨性的關(guān)鍵

10、。耐磨性的關(guān)鍵。掌握材料摩擦與磨損的基本過(guò)程與規(guī)律，是正掌握材料摩擦與磨損的基本過(guò)程與規(guī)律，是正確選擇或設(shè)計(jì)表面工程技術(shù)與材料的基礎(chǔ)。確選擇或設(shè)計(jì)表面工程技術(shù)與材料的基礎(chǔ)。272.1 2.1 固體材料的摩擦與磨損固體材料的摩擦與磨損2.2 2.2 粘著磨損、潤(rùn)滑和固體潤(rùn)滑粘著磨損、潤(rùn)滑和固體潤(rùn)滑2.3 2.3 磨粒磨損磨粒磨損第二節(jié)第二節(jié) 材料磨損原理及其耐磨性材料磨損原理及其耐磨性282.1：固體材料的摩擦與磨損：固體材料的摩擦與磨損一、摩擦的定義一、摩擦的定義摩擦摩擦相互接觸的物體相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的阻力。相互接觸的物體相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的阻力。 摩擦力與兩接觸體之間的表面接觸面積無(wú)關(guān)；摩擦力與兩

11、接觸體之間的表面接觸面積無(wú)關(guān)； 摩擦力與兩接觸體之間的法向載荷成正比；摩擦力與兩接觸體之間的法向載荷成正比； 兩個(gè)相對(duì)運(yùn)動(dòng)物體表面的界面滑動(dòng)摩擦阻力與滑兩個(gè)相對(duì)運(yùn)動(dòng)物體表面的界面滑動(dòng)摩擦阻力與滑動(dòng)速度無(wú)關(guān)動(dòng)速度無(wú)關(guān) F= F= N N 式中：式中：F摩擦力；摩擦力；N法向力；法向力；摩擦系數(shù)摩擦系數(shù)摩擦三定律摩擦三定律29二、摩擦的分類(lèi)二、摩擦的分類(lèi)滾動(dòng)摩擦滾動(dòng)摩擦干摩擦干摩擦 無(wú)潤(rùn)滑摩擦無(wú)潤(rùn)滑摩擦 制動(dòng)，傳動(dòng)制動(dòng)，傳動(dòng)1785年，法國(guó)的年，法國(guó)的庫(kù)侖庫(kù)侖用機(jī)械嚙合概念解釋干摩擦。用機(jī)械嚙合概念解釋干摩擦。1935年，英國(guó)的年，英國(guó)的鮑登鮑登等人開(kāi)始用材料粘附概念研究干摩擦。等人開(kāi)始用材料粘附

12、概念研究干摩擦。1950年，年，鮑登提出了粘附理論。鮑登提出了粘附理論。30邊界潤(rùn)滑邊界潤(rùn)滑摩擦摩擦 接觸面之間存在油膜（接觸面之間存在油膜（1個(gè)分子個(gè)分子0.1m厚），厚），使使F降低降低2-10倍；倍；邊界摩擦邊界摩擦邊界膜邊界膜物理吸附膜物理吸附膜潤(rùn)滑油中的極性分子與金潤(rùn)滑油中的極性分子與金 屬表面相互吸附而形成屬表面相互吸附而形成化學(xué)吸附膜化學(xué)吸附膜潤(rùn)滑油中的分子靠分子鍵潤(rùn)滑油中的分子靠分子鍵 與金屬表面形成化學(xué)吸附與金屬表面形成化學(xué)吸附化學(xué)反應(yīng)膜化學(xué)反應(yīng)膜潤(rùn)滑油中的化學(xué)添加劑與金屬潤(rùn)滑油中的化學(xué)添加劑與金屬 進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)而形成的膜進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)而形成的膜滾動(dòng)摩擦滾動(dòng)摩擦 滾動(dòng)摩擦的摩擦

13、系數(shù)比滑動(dòng)摩擦系數(shù)小得多滾動(dòng)摩擦的摩擦系數(shù)比滑動(dòng)摩擦系數(shù)小得多31流體潤(rùn)滑摩擦流體潤(rùn)滑摩擦 對(duì)磨表面完全被油膜隔開(kāi)，靠油膜的壓力平衡對(duì)磨表面完全被油膜隔開(kāi)，靠油膜的壓力平衡外載，外載，F(xiàn) 取決于潤(rùn)滑油的內(nèi)摩擦系數(shù)，取決于潤(rùn)滑油的內(nèi)摩擦系數(shù)，最小，最小，F(xiàn)與接觸表面與接觸表面無(wú)關(guān)；無(wú)關(guān)；根據(jù)根據(jù)流體膜流體膜形成原理，流體潤(rùn)滑可分為：形成原理，流體潤(rùn)滑可分為：流體靜壓潤(rùn)滑流體靜壓潤(rùn)滑人為的在兩運(yùn)動(dòng)副表面間輸入具有一定人為的在兩運(yùn)動(dòng)副表面間輸入具有一定 壓力的潤(rùn)滑油，強(qiáng)迫形成潤(rùn)滑油膜。壓力的潤(rùn)滑油，強(qiáng)迫形成潤(rùn)滑油膜。流體動(dòng)壓潤(rùn)滑流體動(dòng)壓潤(rùn)滑依靠依靠幾何效應(yīng)幾何效應(yīng)、速度效應(yīng)速度效應(yīng)、粘度效應(yīng)粘度效應(yīng)

14、及及供油量自動(dòng)供油量自動(dòng)形成油膜的潤(rùn)滑。形成油膜的潤(rùn)滑。該潤(rùn)滑不能在兩平行表面間形成。該潤(rùn)滑不能在兩平行表面間形成。32三、磨損的定義及分類(lèi)三、磨損的定義及分類(lèi)磨損磨損相互接觸的物體相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的物體損失相互接觸的物體相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的物體損失或殘余變形?；驓堄嘧冃?。磨合階段磨合階段穩(wěn)定磨損階段穩(wěn)定磨損階段劇烈磨損階段劇烈磨損階段機(jī)械磨損大致可分三個(gè)階段機(jī)械磨損大致可分三個(gè)階段33342.2：粘著磨損、潤(rùn)滑和固體潤(rùn)滑：粘著磨損、潤(rùn)滑和固體潤(rùn)滑一、粘著磨損機(jī)理一、粘著磨損機(jī)理35相互接觸的粗糙表面微相互接觸的粗糙表面微凸體之間的應(yīng)力調(diào)幅分凸體之間的應(yīng)力調(diào)幅分布布粘著點(diǎn)的剪切過(guò)程粘著點(diǎn)的剪切過(guò)程

15、當(dāng)接觸應(yīng)力較大時(shí)，將引起材料微當(dāng)接觸應(yīng)力較大時(shí)，將引起材料微凸體直徑的凸體直徑的塑性變形塑性變形和和“冷焊冷焊”現(xiàn)象?，F(xiàn)象。此時(shí)若摩擦副相對(duì)滑動(dòng)，焊合點(diǎn)被剪此時(shí)若摩擦副相對(duì)滑動(dòng)，焊合點(diǎn)被剪斷。若微凸體較硬，也會(huì)對(duì)較軟的對(duì)斷。若微凸體較硬，也會(huì)對(duì)較軟的對(duì)磨材料造成磨材料造成犁削犁削作用。作用。 36 粘著摩擦力可近似表示為粘著摩擦力可近似表示為 Fr = Ab式中，式中，A剪切的微凸體總面積；剪切的微凸體總面積；b焊合點(diǎn)的平均抗剪強(qiáng)度焊合點(diǎn)的平均抗剪強(qiáng)度 因?yàn)椴牧系恼龎毫σ驗(yàn)椴牧系恼龎毫 FN N = A = As s，s s材料的屈服強(qiáng)度材料的屈服強(qiáng)度摩擦系數(shù)摩擦系數(shù) 最合適的耐磨材料體系應(yīng)

16、該同時(shí)具有最合適的耐磨材料體系應(yīng)該同時(shí)具有高的硬度高的硬度和和低的抗低的抗剪強(qiáng)度剪強(qiáng)度。sbsbNrAAFFNF37二、流體潤(rùn)滑和邊界潤(rùn)滑二、流體潤(rùn)滑和邊界潤(rùn)滑幾種可能發(fā)生粘著磨損的典型情況：幾種可能發(fā)生粘著磨損的典型情況： b低低,但接觸面積但接觸面積大大,故摩擦力大故摩擦力大硬度高硬度高, b也也高高,摩擦力也大摩擦力也大=0.001-0. 01間間,取取決于油的黏度決于油的黏度38rF潤(rùn)滑油或膜硬M硬M 流體潤(rùn)滑狀態(tài)分為：流體潤(rùn)滑狀態(tài)分為： 流體動(dòng)壓潤(rùn)滑流體動(dòng)壓潤(rùn)滑：摩擦表面之間由粘性流體產(chǎn)生油膜壓力：摩擦表面之間由粘性流體產(chǎn)生油膜壓力以平衡外載荷。此時(shí)的摩擦為潤(rùn)滑油之間的以平衡外載荷。

17、此時(shí)的摩擦為潤(rùn)滑油之間的“內(nèi)摩擦內(nèi)摩擦”。 彈流潤(rùn)滑彈流潤(rùn)滑：摩擦面接觸壓力較高，使油膜承載能力、油：摩擦面接觸壓力較高，使油膜承載能力、油膜厚度、摩擦力都發(fā)生變化，潤(rùn)滑條件變差。膜厚度、摩擦力都發(fā)生變化，潤(rùn)滑條件變差。 邊界潤(rùn)滑邊界潤(rùn)滑：摩擦面接觸壓力太大，表面太粗糙度，摩擦：摩擦面接觸壓力太大，表面太粗糙度，摩擦運(yùn)動(dòng)速度又太低，導(dǎo)致運(yùn)動(dòng)速度又太低，導(dǎo)致油膜被刺穿油膜被刺穿，微凸體發(fā)生，微凸體發(fā)生接觸接觸，使磨，使磨損增加。損增加。39 不同潤(rùn)滑狀態(tài)對(duì)摩擦系數(shù)和磨損率的影響不同潤(rùn)滑狀態(tài)對(duì)摩擦系數(shù)和磨損率的影響圖圖 潤(rùn)滑狀態(tài)與磨損速率的關(guān)系潤(rùn)滑狀態(tài)與磨損速率的關(guān)系圖圖 潤(rùn)滑狀態(tài)與摩擦系數(shù)的關(guān)系

18、潤(rùn)滑狀態(tài)與摩擦系數(shù)的關(guān)系40三、固體潤(rùn)滑三、固體潤(rùn)滑航空、航天等領(lǐng)域要求在高負(fù)荷，超低溫，強(qiáng)氧化，航空、航天等領(lǐng)域要求在高負(fù)荷，超低溫，強(qiáng)氧化，強(qiáng)輻射，超高真空，高溫，特殊極限環(huán)境下工作，一強(qiáng)輻射，超高真空，高溫，特殊極限環(huán)境下工作，一般流體潤(rùn)滑無(wú)法滿足。般流體潤(rùn)滑無(wú)法滿足。固體潤(rùn)滑是利用剪切力低的固體材料來(lái)減少接觸表固體潤(rùn)滑是利用剪切力低的固體材料來(lái)減少接觸表面之間摩擦與磨損的一種潤(rùn)滑方式。大致可分為以面之間摩擦與磨損的一種潤(rùn)滑方式。大致可分為以下三類(lèi)：下三類(lèi)：固體粉末潤(rùn)滑固體粉末潤(rùn)滑固體潤(rùn)滑薄膜固體潤(rùn)滑薄膜自潤(rùn)滑復(fù)合材料自潤(rùn)滑復(fù)合材料41與潤(rùn)滑油混合；利用轉(zhuǎn)動(dòng)部件使粉末飛揚(yáng)；或制成懸與潤(rùn)滑

19、油混合；利用轉(zhuǎn)動(dòng)部件使粉末飛揚(yáng)；或制成懸浮液，浸漬在多孔材料潤(rùn)滑浮液，浸漬在多孔材料潤(rùn)滑金屬基復(fù)合材料金屬基復(fù)合材料 潤(rùn)滑粉與金屬粉壓制燒結(jié)潤(rùn)滑粉與金屬粉壓制燒結(jié)塑料基復(fù)合材料塑料基復(fù)合材料 固潤(rùn)與塑料組合，構(gòu)成塑料復(fù)合材料固潤(rùn)與塑料組合，構(gòu)成塑料復(fù)合材料基復(fù)合材料基復(fù)合材料 焦碳，石墨，碳墨等與瀝青焦油，合成焦碳，石墨，碳墨等與瀝青焦油，合成 樹(shù)脂擠壓成型燒結(jié)，形成多孔復(fù)合材料樹(shù)脂擠壓成型燒結(jié)，形成多孔復(fù)合材料 粘接固體潤(rùn)滑膜（簡(jiǎn)稱(chēng)干膜）：將固體潤(rùn)滑劑與粘接固體潤(rùn)滑膜（簡(jiǎn)稱(chēng)干膜）：將固體潤(rùn)滑劑與粘結(jié)劑混合后涂抹粘結(jié)劑混合后涂抹 化學(xué)反應(yīng)潤(rùn)滑膜化學(xué)反應(yīng)潤(rùn)滑膜 化化化化化化 電鍍和氣相沉積電鍍和

20、氣相沉積42鋼鐵零件中典型固體潤(rùn)滑材料的摩擦系數(shù)鋼鐵零件中典型固體潤(rùn)滑材料的摩擦系數(shù)材料材料大氣中穩(wěn)定溫度大氣中穩(wěn)定溫度/真空中穩(wěn)定溫度真空中穩(wěn)定溫度/摩擦系數(shù)摩擦系數(shù)Pb0.12Ag0.14In0.10石墨石墨350不穩(wěn)定不穩(wěn)定0.20MoS235013500.18WS244013500.17NbN235013500.08Cu-Pb0.10聚四氟乙烯聚四氟乙烯0.080.20注注：固體潤(rùn)滑的摩擦系數(shù)與工作環(huán)境有關(guān)：固體潤(rùn)滑的摩擦系數(shù)與工作環(huán)境有關(guān)43四、影響固體材料粘著磨損性能的因素四、影響固體材料粘著磨損性能的因素真空條件下大多數(shù)金屬的磨損嚴(yán)重，而在大氣條件真空條件下大多數(shù)金屬的磨損嚴(yán)重，

21、而在大氣條件下，許多金屬表面能生成氧化膜，有效防止粘著。下，許多金屬表面能生成氧化膜，有效防止粘著。材料的硬度越高，耐磨性越好。材料體系一定時(shí)，材料的硬度越高，耐磨性越好。材料體系一定時(shí)，可采用涂層或其它表面處理工藝增加表面硬度。可采用涂層或其它表面處理工藝增加表面硬度。：密排六方面心體心；冶金上互熔性好的一對(duì)金屬摩擦：密排六方面心體心；冶金上互熔性好的一對(duì)金屬摩擦副摩擦系數(shù)和磨損率高。周期表上相距較遠(yuǎn)的元素不易互熔，副摩擦系數(shù)和磨損率高。周期表上相距較遠(yuǎn)的元素不易互熔，也不易粘著。也不易粘著。一方面，一方面，增加，硬度降低，互溶性增強(qiáng)，磨損嚴(yán)重；增加，硬度降低，互溶性增強(qiáng)，磨損嚴(yán)重；另一方面

22、，另一方面，增加，增加， 氧化增加，也可影響磨損性能氧化增加，也可影響磨損性能。442.3：磨粒磨損：磨粒磨損一、磨粒磨損過(guò)程中材料的去除機(jī)理一、磨粒磨損過(guò)程中材料的去除機(jī)理被磨材料 若磨粒是個(gè)若磨粒是個(gè)剛性三角錐體剛性三角錐體，被磨，被磨損材料呈損材料呈塑性塑性時(shí)，磨粒與材料之間會(huì)時(shí)，磨粒與材料之間會(huì)發(fā)生發(fā)生顯微切削顯微切削和和顯微犁溝顯微犁溝兩種兩種塑性變塑性變形形的磨損方式的磨損方式（圖圖），），磨粒錐體在滑動(dòng)磨粒錐體在滑動(dòng)一定距離所磨掉的材料體積一定距離所磨掉的材料體積 V = KPH-1L 式中，式中，K比例系數(shù)，比例系數(shù)，P施加載荷，施加載荷，H被磨被磨材料的硬度，材料的硬度，L滑

23、動(dòng)距離?；瑒?dòng)距離。顯微切削顯微切削顯微黎溝顯微黎溝45 當(dāng)磨粒和當(dāng)磨粒和脆性脆性材料表面接觸時(shí)，主要以表面材料表面接觸時(shí)，主要以表面斷裂破壞斷裂破壞為為主主（圖圖）。此時(shí)材料的去除體積此時(shí)材料的去除體積 V = KP5/4d1/2KIC-3/4H-1/2L 式中，式中，KIC材料的斷裂韌度；材料的斷裂韌度；K是與磨粒形狀及其分布是與磨粒形狀及其分布狀態(tài)有關(guān)的函數(shù)。狀態(tài)有關(guān)的函數(shù)。顯微裂紋顯微裂紋46二、磨粒磨損過(guò)程的影響因素二、磨粒磨損過(guò)程的影響因素磨粒特性的影響磨粒特性的影響1a a）磨粒硬度的影響）磨粒硬度的影響Ha-磨粒硬度，磨粒硬度， Hm-材料硬度；材料硬度； Ha/Hm1.2 硬磨

24、粒磨損，硬度增加硬磨粒磨損，硬度增加對(duì)磨損影響不大；對(duì)磨損影響不大； 1Ha/Hm 多角多角 圓粒圓粒c c）磨粒粒度的影響）磨粒粒度的影響磨粒在臨界尺寸以下時(shí)，磨磨粒在臨界尺寸以下時(shí)，磨損率隨尺寸增加急劇增加；損率隨尺寸增加急劇增加；超過(guò)這一尺寸時(shí)，其增大的超過(guò)這一尺寸時(shí)，其增大的幅度顯著降低。幅度顯著降低。231磨粒尺寸磨粒尺寸,m磨損率磨損率mm3/kgm0 50 100 150 200 250 48材料力學(xué)性能的影響材料力學(xué)性能的影響2一些一些材料磨損與硬度間的關(guān)系材料磨損與硬度間的關(guān)系磨損前體性硬度磨損后表面硬度1鋼(En8,HV100) ;212%Mn高錳鋼(HV217)； 3Mn-Mo奧氏體